Les pénicillines interfèrent avec la synthèse de la paroi cellulaire et sont bactéricides. Elles sont excrétées dans l'urine à des concentrations thérapeutiques - en effet, la première personne à qui l'on a administré de la pénicilline a vu le médicament excrété extrait de son urine et réadministré, car seules de petites quantités du médicament pouvaient être produites à l'époque.
Le probénécide bloque l'excrétion tubulaire rénale des pénicillines et produit des concentrations plasmatiques plus élevées et plus durables.
D'autres améliorations ont été apportées depuis la mise au point initiale du médicament, notamment :- la stabilité de l'acide pour permettre l'administration par voie orale
- stabilité acide permettant l'administration par voie orale
- l'amélioration du spectre, par exemple avec l'ampicilline, qui a une activité gram négative mais au détriment de l'activité gram positive
- des préparations insolubles pour prolonger les concentrations sériques, par exemple pour la pénicilline procaïne
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